智能切换装置（精选7篇）
智能切换装置 篇1
0引言
双电源自动切换开关电器主要用在紧急供电系统, 将负载电路从一个电源自动换接至另一个 (备用) 电源, 以确保重要负荷连续、可靠运行, 因此常常应用在重要用电场所, 其产品可靠性尤为重要。 转换一旦失败将可能造成电源间的短路或重要负荷断电 (甚至短暂停电) , 后果都是严重的, 不仅仅会带来经济损失 (使生产停顿、金融瘫痪) , 还可能造成社会问题 (使生命及安全处于危险之中) 。 因此, 工业发达国家都把自动转换开关电器的生产、使用列为重点产品加以限制与规范。
1双电源自动切换开关组成
双电源自动切换开关一般由两部分组成:开关本体 (ats) +控制器。双电源自动转换开关电器 (atse) 质量的好坏关键取决于ats, 其可分为:
(1) pc级ats:一体式结构 (三点式) 。 它是双电源切换的专用开关, 具有结构简单、体积小、自身联锁、 转换速度快 (0.2s内) 、安全、可靠等优点, 但需要配备短路保护电器。
(2) cb级ats:配备过电流脱扣器的ats, 主触头能够接通并用于分断短路电流。 它是由两台断路器加机械联锁组成, 具有短路保护功能。
控制器主要用来检测被监测电源 (两路) 工作状况, 当被监测的电源发生故障 (如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时, 控制器发出动作指令, 开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源, 备用电源容量一般仅为常用电源容量的20%~30%。控制器与开关本体进线端相连。控制器一般应有非重要负荷选择功能。控制器有两种形式:一种由传统的电磁式继电器构成;另一种是数字电子型智能化产品, 具有性能好、参数可调及精度高、可靠性高、使用方便等优点。
2分类
双电源主要分为:
(1) PC级双电源 ( 整体式) : 能够接通、 承载、 但不用于分断短路电流的双电源。 双电源若选择不具有过电流脱扣器的负荷开关作为执行器则属于PC级自动转换开关, 不具备保护功能, 但其具备较高的耐受和接通能力, 能够确保开关自身的安全, 不因过载或短路等故障而损坏, 在此情况下保证可靠的接通回路。
(2) CB级双电源 ( 双断路器式) : 配备过电流脱扣器的双电源, 它的主触头能够接通并用于分断短路电流. 双电源若选择具有过电流脱扣器的断路器作为执行器则属于CB级自动转换开关, 具备选择性的保护功能, 能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护, 其接通和分断能力远大于使用接触器和继电器等其他元器件。
3操作规范
(1) 当因故停电, 且在较短时间内无法恢复供电时, 必须启用备用电源。 步骤: 切除市电供电各断路器 (包括配电室控制柜各断路器、双电源切换箱市供电断电器) , 拉开双投防倒送开关至自备电源一侧, 保持双电源切换箱内自备电供电断路器处于断开状态;启动备用电源 (柴油发电机组) , 待机组运转正常时, 顺序闭合发电机空气开关、 自备电源控制柜内各断路器; 逐个闭合电源切换箱内各备用电源断路器, 向各负载送电;备用电源运行期间, 操作值班人员不得离开发电机组, 并根据负荷的变化及时调整电压、厂频率等, 发现异常及时处理。
(2) 市电恢复供电时, 应及时做好电源转换工作, 切断备用电源, 恢复市电供电。 步骤:按顺序逐个断开自备电源各断路器, 顺序为, 双电源切换箱自备电源断路器→自备电源配电柜各断路器→发电机总开关→将双投开关拨至市电供电一侧;按柴油机停机步骤停机;按顺序从市电供电总开关至各分路开关逐个闭合各断路器, 将双电源切换箱自市电供电断路器置于闭合位置。
(3) 检查各仪表及指示灯指示是否正常, 启动变压器内冷却风扇。
4工作条件
(1) 周围空气温度: 上限+40℃ , 下限-5℃ , 24h的平均值不超过+35℃。
(2) 海拔:安装地点的海拔不超过2000m。
(3) 大气条件: 大气相对湿度在周围空气温度为+40℃时不超过50%, 在较低温度下可以有较高的相对湿度。
(4) 污染等级: 3级。
5工作原理
智能双电源切换开关主要用于一些消防设备或重要设备的双回路供电系统中, 比如消防喷淋管道消火栓管道电伴热系统、消防排烟风机、消防加压送风机、 防火卷帘、EPS应急照明电源、UPS不间断电源等供电系统, 供电方式一备一用。
两路电来自不同低压母线, 正常情况下主回路电源投入供负荷用电, 主回路电源故障或停电后自动投入备用回路供负荷用电, 主回路投入具有优先权。 有主电时备电永不投入, 除非手动状态用手柄投入, 投入备电时主电则自动断开, 两回路电不会同时投入供负荷用电。
智能双电源切换开关内部结构图如图1所示。
注:1-行程开关 (一开一闭两个触点) ;2-3P空开;3-主电与备电的合闸指示灯;4-电动与手动传动轴;5-3P空开;6-单相同步此轮减速电动机;7-合闸拨片;8-220V线圈的四开四闭点的继电器;9-控制回路插接件;10-手动、自动开关。
装置主回路、二次回路图分别如图2、图3所示。
工作原理:
(1) 手动模式:把手动、自动开关打到手动位置, 控制回路由于零线N断开所以只能通过装置手柄来投入主用电或者备用电。
(2) 自动模式:不管手、自动开关在什么位置, 只要主用电有电则KA吸合。 KA的开点控制电机合主电转动方向, 闭点控制电机合备电转动方向, 所以主电具有优先权。
当手、 自动开关打到自动时, KA的开点闭合, 通过主行程开关的闭点使电机开始往合主电方向转动, 当转到主行程开关行程到位时, 主行程开关闭点断开电机停转, 主电投入使用, 主行程开关开点接通使主电合闸指示灯点亮。当主电没电时则KA断开, 备电电源2L1提供电机控制电源, KA闭点接通, 通过备行程开关的闭点使电动机往备电合闸的方向 (即主电的反方向) 转动, 当转到备行程开关行程到位时, 备行程开关闭点断开电机停转, 备电投入使用, 备行程开关开点接通使备电合闸指示灯点亮。
摘要：介绍双电源互相智能切换装置的组成、分类、操作规范及工作原理。
关键词：手动模式,自动模式
智能切换装置 篇2
SMART呼吸机是我们研制的一款具有一定智能化程度的微机控制的高档无创呼吸机,而与其配套的国产医用空气压缩机不具备待机模式。针对这一问题对其进行改进,使其不但在中心供气出现故障时可以自动切换至空气压缩机,而且当故障排除后还可以自动切换回中心供气,完全满足了SMART呼吸机的匹配要求。
1 气源智能切换装置
1.1 加装气源切换装置的必要性
中心供气系统需要严格的管理和经常性的维护保养,以确保设备运行的可靠性[4]。呼吸机是对自主呼吸能力丧失或减低的危重病人实施呼吸支持的重要设备[5],一旦压缩气体的供应出现故障,往往会导致呼吸机工作异常,严重时甚至会危及病人生命。空气压缩机加装气源切换装置后,可在中心供气和空气压缩机供气二者间自主切换,大大降低了因供气发生的呼吸机故障。
1.2 气源切换装置硬件平台搭建
1.2.1 材料
采用二个Honeywell公司的26PCF压力传感器分别用于测量中央供气和空气压缩机供气压力。26PCF压力传感器采用集成电路技术和硅压敏电阻技术[6],其测量精确性较高,带有温度补偿和校正,测量类型为表压,量程为0-100 psi。采用德国宝德公司电控两位三通阀作为气源切换阀门。
Smart呼吸机采用两个功能较为强大的C8051f020单片机作为控制核心。C8051f020单片机具备片内12位8通道A/D转换器[7],可以直接通过引脚输入压力传感器的模拟信号。在改装过程中,我们避免使用专门的单片机,而是利用了呼吸机中的C8051f020单片机的富余能实现对气源切换装置进行控制。
1.2.2 硬件安装方法
为了对气源压力进行监测,并达到气源自动切换的目的,需要对空气压缩机进行一定程度的改装。如图1所示,将空气压缩机后盖板拆除后,首先将空气压缩机气体输出单向阀前的管道断开,依次接入一只三通接头和一只两位三通阀门,在三通接头上连接压力传感器1,对空气压缩机的输出压力进行监测;然后在两位三通阀的另一个输入接口上连接一根软管,软管另一头连接医用气体快速接头,软管中段用三通接头接入压力传感器2,对中央供气压力进行监测;在空气压缩机侧面板上开孔,将医用气体快速接头固定其上。为了方便今后的检修,将气体快速接头和两个压力传感器的安装位置做成可以打开的活门结构。将压力传感器1、2的输出信号用导线引出,经运算放大器放大、低通滤波后,分别接入呼吸机控制主板上的单片机的片内AD转换器0的模拟输入引脚18、19。
1、2.压力传感器3、4.三通接头5.两位三通阀门6.医用快速接头7.单向阀
对空气压缩机电源进行改装,加装控制继电器,使呼吸机内的单片机可以控制空气压缩机电源的通断。
1.3 气源切换装置的软件架构
使用c语言编写气源监测、切换程序,在呼吸机的控制菜单中增加气源控制选项菜单。通过呼吸机的液晶屏幕,可选择切换装置的工作方式。
气源切换装置控制菜单的结构如图2所示,设置关闭和开启两个选项。当选择关闭选项时,呼吸机仅对气源的压力进行监测,当气源压力异常时在液晶屏上显示报警信息而不对气源进行切换。如果选择开启选项,则可进一步选择节能或待机两种工作模式。当选择节能模式时,如果中心供气压力正常,单片机控制空气压缩机的电源继电器处于断开位置,空气压缩机不工作,同时两位三通阀门处在接通中心供气的位置。如果中心供气压力出现异常,则单片机发出控制信号使电源继电器闭合,同时使两位三通阀门处在接通空气压缩机的位置,空气压缩机开始工作,建立压力后向呼吸机供气。节能模式的优点是当中心供气压力正常时,空气压缩机的电源是断开的,在节省电能的同时降低了噪声。其缺点是当空气压缩机刚开始工作时,需要一定的时间才能使机内贮气罐中的空气压力由零上升至工作压力,这可能导致在此段时间之内呼吸机工作出现异常。
与节能模式相比较,待机模式的不同点在于不论中心供气压力是否正常,单片机总是控制空气压缩机处于加电状态,使空气压缩机的贮气罐中气体压力时刻处于工作压力。这种情况下,如果中心供气压力出现异常,两位三通阀自动切换至接通空气压缩机位置,呼吸机可以立即得到正常压力的压缩空气供应,几乎不会有任何延迟。其缺点是即使中心供气压力正常,空气压缩机也要一直维持工作压力,导致能耗和噪声较节能模式要大一些。气源切换装置的C语言程序流程图见图3。
2 结论
将改装的空气压缩机安装在SM A RT呼吸机上验证,结果证明智能气源切换装置操作方便,动作灵敏可靠,能在中心供气和空气压缩机供气之间自动进行智能切换,且具备多种工作模式,较好的实现了设计目标。
摘要：目的对配置于SMART呼吸机上的医用空气压缩机进行改进,使呼吸机具备中心供气和空气压缩机供气自动选择、自动切换功能。方法在空气压缩机的气路中加装传感器、控制阀等设备,使用C语言编程,利用呼吸机的单片机对切换装置进行控制。结果当中心供气设备发生故障导致供气压力低于下限时,呼吸机可以在报警的同时自动切换至空气压缩机供气,当中心供气压力恢复正常后,呼吸机又能够智能切换回中心供气。结论加装气源切换装置提升了呼吸机的智能化程度,避免了呼吸机由于气源因素导致的工作异常。
关键词：呼吸机,空气压缩机,智能切换装置
参考文献
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[2]陈渡平,王征,钱欢.呼吸机中心供气与空压机供气自动切换装置[J].中国医疗器械杂志,2007,31(6).452.
[3]林颐胜.对呼吸机空气压缩机的探讨[J].医疗卫生装备,2005,26(9):43-45.
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[5]蔡映云.机械通气及临床应用[M].上海:上海科学技术出版社,2002
[6]谭志坚,杨东,郑则广.呼吸机触发技术的现状和新进展[J].中国医疗设备,2009,23(4):56-59.
智能切换装置 篇3
双电源自动切换开关一般由两部分组成:开关本体 (ATS) 、控制器。 而ATS又有PC级 (整体式) 与CB级 (断路器) 之分。 双电源自动转换开关电器 (ATSE) 质量的好坏关键取决于ATS。
PC级AT为一体式结构 (三点式) 。 它是双电源切换的专用开关, 具有结构简单、体积小、自身联锁、转换速度快 (0.2s内) 、安全、可靠等优点, 但需要配备短路保护电器。
CB级ATS即配备过电流脱扣器的ATS, 其主触头能够接通并用于分断短路电流。 它由两台断路器加机械联锁组成, 具有短路保护功能。
控制器主要用来检测被监测电源 (两路) 工况, 当被监测的电源发生故障 (如任意一相断相、欠压、失压或频率出现偏差) 时, 控制器发出动作指令, 开关本体则带着负载从一个电源自动转换至另一个电源, 备用电源容量一般仅是常用电源容量的20%~30%。 控制器与开关本体进线端相连。
控制器也有两种形式:一种由传统的电磁式继电器构成; 另一种是数字电子型智能化产品, 具有性能好, 参数可调及精度高, 可靠性高, 使用方便等优点。
双电源主要分为PC级双电源 (整体式) 和CB级双电源 (双断路器式) 。 PC级双电源:能够接通、承载、但不用于分断短路电流的双电源。 不具有过电流脱扣器的负荷开关作为执行器则属于PC级自动转换开关, 不具备保护功能, 但其具备较高的耐受和接通能力, 能够确保开关自身的安全, 不因过载或短路等故障而损坏, 保证回路可靠接通。 CB级双电源:配备过电流脱扣器的双电源, 主触头能够接通并用于分断短路电流。 具有过电流脱扣器的断路器作为执行器则属于CB级自动转换开关, 具备选择性的保护功能, 能对下端的负荷和电缆提供短路和过载保护, 其接通和分断能力远大于使用接触器和继电器等其他元器件。
2 智能双电源切换装置结构原理
智能双电源切换开关主要用于一些消防设备或重要设备的双回路供电系统中, 比如消防喷淋管道消火栓管道电伴热系统、消防排烟风机、消防加压送风机、 防火卷帘、EPS应急照明电源、UPS不间断电源等供电系统, 供电方式一备一用。
两路电来自不同低压母线, 正常情况下主回路电源投入供负荷用电, 主回路电源故障或停电后自动投入备用回路, 主回路投入具有优先权, 有主电时备电永不投入, 除非手动状态用手柄投入, 投入备电时主电则自动断开, 两回路电不会同时投入供负荷用电。
一个不需要外接控制器的智能双电源切换开关实物如图1 所示。
开关打到自动位置时装置可自动进行主备电切换;开关打到手动位置时通过装置前面的手柄来切换。
装置内部结构如图2 所示。
装置主回路如图3所示。
二次回路如图4所示。
手动模式:把手动、自动开关打到手动位置, 控制回路由于零线N断开只能通过装置手柄来投入主用电或者备用电。
自动模式:不管手、自动开关在什么位置, 只要主用电有电则KA吸合。 KA的开点控制电机合主电转动方向, 闭点控制电机合备电转动方向, 所以主电具有优先权。
3 EPS输出与市电互相切换的控制原理
某单位区域内的EPS系统, 市电两路供电一用一备, 经过成套互投装置输出与EPS输出互投。 与EPS输出双电源互投没有用成套装置, 而是用两个接触器的逻辑控制系统形成与市电的互投, 但完全可实现市电优先投切、市电断电EPS输出自动投切、市电恢复正常EPS输出自动断开市电自动投切的功能。 两个接触器一、二次系统如图5 所示。
左侧为市电输入电源, 右侧为EPS输出输入电源, 1KM为市电投入接触器, 2KM为EPS投入接触器。 1SA为LW12-16 系列万能转换开关, 1SA打到手动档位时触点3 和4 闭合、7 和8 闭合, 1SA打到自动档位时触点1 和2 闭合、5 和6 闭合。 KA为自动状态的投切继电器, 吸合电源取自市电电源, KA的开点与闭点取自市电与EPS的控制电源, 两接触器之间有互锁关系, 故两个接触器不会同时吸合。 SB1/SB2 为1KM的停止/启动按钮, SB3/SB4 为2KM的停止/启动按钮。
1SA在手动状态时, 触点3 和4 接通、7 和8 接通, 按SB2 则1KM吸合, 按SB1 则1KM断开, 按SB4则2KM吸合, 按SB3 则2KM断开。
智能切换装置 篇4
关键词：呼吸机,中央供气,自动切换,单片机
1 简介
一般呼吸机都带有小型空气压缩机,为呼吸机提供气源。随着新技术、新科技的应用和发展,各大医院都装备了像中心供氧系统一样的中心供气系统。虽然中心供气系统相对小型空压机有很多优点,但考虑到呼吸机在使用中需24h连续数日、数月的工作,有必要在中心供气作为主气源,保证呼吸机正常工作的同时,小型空压机作为后备气源,在中央供气系统不能正常供气的情况下,为呼吸机提供工作气源。目前国内生产的呼吸机用小型空压机没有自动切换功能,市场上也没有现成的自动切换装置供选用,要想解决此问题就必须将现有的压缩机更换为最新型号的带有自动切换的进口压缩机,但这种方法费用太高,另外,进口压缩机对环境要求较高,当空气中灰尘等漂浮物含量较高时,会造成电磁阀受堵而不能正常工作。为此,我们研制了一款"呼吸机压缩空气自动切换装置"。此装置能在中心供气在底于某正常值时,呼吸机供气由中央供气自动切换至小型压缩机,实现不间断地给病人供气。
“呼吸机压缩空气自动切换装置”一般情况下较好地实现自定切换,但在实际使用过程中,当中央供气压力以某一特定频率和幅度波动时,将会导致压力控制器频繁的导通和断开(俗称“乒乓效应”),使得空压泵频繁的启动、停止。造成后级用气设备不能正常工作,严重时会损坏空压泵和其他部件,(详见《中国医疗器械杂志》2007第31卷第6期)。为此我们研制了一种具有防止乒乓效应的智能化呼吸机供气自动切换装置。
2 装置基本功能与特点
此装置工作原理框图如图1。
本文介绍的“一种具有防止乒乓效应的智能化呼吸机压缩空气自动切换装置”,采用装有应用软件的单片机技术,利用压力传感器检测中央供气压力,通过软件编程,来有效、精确地控制小型空压泵启动,为呼吸机提供不间断的气源。为解决切换装置在工作中可能出现的“乒乓”效应,将在软件中增加“压力计算与控制”子程序,当检测到压力传感器输入中央供气过低时,发出“清关空压计时器,延时10s开空压机”指令,否则发出“清开空压计时器,延时10s关空压机”指令。采用延时开机、关机技术时,为防止有可能造成输出压力过低而影响下一级设备使用,在输出端增加一个储气筒,其容积根据用气设备的需要而定。
设定所需气源压力的中心值为3500百帕,控制点为3000~4000百帕,即中心气源低于3000百帕准备启用空压机供气,空压机供气期间高于4000百帕则关空压机,低于3000百帕启动空压机。空压机供气期间状态指示灯点亮。
输出端气体流速为50L/MIN,加装20L~30L的储气罐作缓冲。
当中心气源持续低于3000百帕,延时10s后气压仍低于3000百帕,则启动空压机,空压机压力超过2500百帕(压力开关动作),将供气切换到空压机。
中心气源持续高于3000百帕,延时10s后气压仍高于3000百帕,则关闭空压机,供气切换回中心气源。
输出气压低于2500百帕或高于6000百帕达20s,则启动异常声光报警。
系统上电时处于待机状态,按MENU,ENTER键可以启动系统进入控制状态,长按MENU键3s可以使系统恢复到待机状态
3 硬件电路工作原理
3.1 压力变送器、A/D转换器电路
此装置的压力变送器采用上海聚人电子科技有限公司的RS-YB01压力变送器,采用扩散硅压力芯体作为敏感元件,内置处理电路将传感器毫伏信号转换成标准电流,量程0~1MPa,输出电流0~20mA,串100欧绕线电阻,获得检测电压0~2v。另外,产品采用一体化全不锈钢结构,安装方便,具有极高的抗振性和抗冲击性。
图2中右上方及右下方的MC14433芯片为A/D转换器,是将模拟的气体压力转换为单片机可以读取的数字电压信号。因MC14433为低速ADC,所以采用中断方式接口。
3.2 单片机
工作原理图当中的AT89C51芯片是由ATMEL公司生产的高性能CMOS 8位微处理器单片机。微处理器AT89C51的P0口作为两个空气压力变送转换的数据读入口,中心气源压力从低4位P0.0~P0.3读入,空气输出端压力从高4位P0.4~P0.7读入。
当气源压力转换器MC14433发出A/D转换完成信号的下降沿在处理器INT0口产生一个中断请求,MC14433的4位位选输出信号连接到八选一开关14512B的X0~X3输入端,而输出端压力转换器MC14433发出A/D转换完成信号的下降沿在处理器INT1口产生一个中断请求,其4位位选输出信号连接到八选一开关MC14512B的X4~X7输入端。处理器的P2口P2.0~P2.2三位BCD码控制八选一开关IC,选通一位A/D转换数据,从处理器P2.3口读入选通信号。
P2.7口用于压力开关检测,当空压机气压低于2500百帕时长闭触点闭合表示空压机内压力过低,不适合输出工作;当空压机气压高于2500百帕时长闭触点打开,表示空压机已经有相当的气压储备,此时若中心气源欠压,空压机一方面继续工作提压,一方面可以提供工作用气,这样输出气压能够从中心气源比较平稳地切换到空压机。
微处理器的P3口,INT0,INT1用于A/D转换中断输入,T0口为内部16Ms定时器,P3.0作电磁阀控制,P3.1控制空压电机的起停,P3.6为报警输出,P3.7控制指示灯。
3.3 驱动模块及声光报警电路
工作原理图的左上方的ULN2003驱动器采用高耐压、大电流达林顿管,其内部构造由7个硅NPN达林顿管组成。ULN2003工作电压高,工作电流大,输出可以在高负载电流并行运行。
控制电磁阀和压缩电机通过ULN2003输出驱动小型继电器(KA1,KA2)实现,报警蜂鸣器和LED指示灯分别由1C,2C口直接驱动。
二位三通电磁阀选用DC12V的线圈,经小型继电器常开触点和熔断器端子供电;空气压缩电机由小型继电器常开触点控制接触器,经接触器常开触点和熔断器端子供电。
3.4 控制、显示电路
控制、显示电路由芯片MC14511B、三极管D1~D4、高亮度共阴数码管组成。三极管D1~D4为位驱动,通过P1口的P1.4~P1.7进行控制,若某位为高电平,则管子导通,该位数码管阴极接入回路。共阴数码管采用MC14511B作为段驱动译码。该芯片与单片机P1口低四位相连,显示时直接将数码对应的BCD码发到端口,芯片会自动锁存并译码,驱动数码管的相应段位;若此时某位数码管阴极选中,则该位数码管点亮。只要控制好段码和位码的配合,并利用人眼的视觉暂留适当加以延时,就可以在LED显示器上显示出所需要的内容。R12~R18为限流电阻,目的是防止驱动电流过大损坏数码管。
综上所述,本智能切换系统设计合理,结构较为简单,性能可靠,在中心供气出现故障不能正常供气的情况下能自动开启空压机,使呼吸机能持续工作,不影响医疗抢救、治疗,确保了医疗安全。目前,有关,此项装置采用的技术和成果已申请了国家发明专利,申请号为:200810041200.6。
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双电源自动切换装置的选用策略 篇5
1 双电源自动切换装置的动作处理
1.1 双电源自动切换装置的起动原因
事故自动切换。由保护接点起动。发变组、厂变和其它保护出口跳工作电源开关的同时, 起动快切装置进行切换, 快切装置按事先设定的自动切换方式 (串联、同时) 进行分合闸操作。
不正常情况自动切换。有两种不正常情况, 一是母线失压。母线电压低于整定电压达整定延时后, 装置自行起动, 并按自动方式进行切换。二是工作电源开关误跳, 由工作开关辅助接点起动装置, 在切换条件满足时合上备用电源。
1.2 自动切换装置的切换过程
当满足自动切换装置起动条件时, 失压侧电源进线开关跳开, 母联投入, 恢复供电。
2 双电源自动切换开关的选用
自动转换开关电器 (ATSE) 是由一个 (或几个) 转换开关电器和其他必需的电器组成, 用于监测电源、并将电路从一个或几个负载电路从一个电源自动转换至另一个电源的电器。
ATSE可分为PC级和CB级两个级别。PC级ATSE可分为由转换开关、电机操作机构或电磁操作机构、转换控制器、联锁机构组成的PC级ATSE和由无短路保护的断路器、电动操作机构、转换控制器、联锁机构组成的PC级ATSE两种形式。CB级ATSE是由断路器、电机操作机构或电磁操作机构、转换控制器、联锁机构组成。
目前用户中已大量使用智能型双电源自动切换开关, 对防止误操作、提高供电可靠性起到了一定作用。目前用户中常用的系列智能型双电源自动切换开关有以下几类。
2.1 RWQ4系列智能型双电源自动切换开关 (PC级)
智能型双电源自动切换开关由开关体和功换控制器两大部分组成。采用电磁驱动, 切换控制器的工作电源, 采用主、备用电源的交流220 V电源, 无需另外的控制电源。
2.2 JXQ5系列自动转换开关
JXQ5系列自动转换开关由一个整体塑壳式隔离开关、一个执行机构及一个控制器组成。适用于两路电源供电系统中。根据预定条件, 实现将一个负载或几个负载在两路电源之间自动转换;同时也适用于紧急供电系统, 在转换电源期间中断向负载供电。该系列自动转换开关现应用于高层楼宇、邮电通讯、工矿企业、船舶运输等需不间断供电的重要场所用户的线路设施、电气设备的双回路电源供电系统的转换和隔离。通过自动或手动操作, 完成常用电源与备用电源之间的转换。在城市用电急剧增加的必然趋势下, 更能满足对用电可靠性的更高要求。
3 CB级双电源自动切换装置的选择性保护策略
断路器或熔断器是CB级双电源自动切换装置中的保护电器, 而双电源自动切换装置的配电馈出回路的线路保护电器也是断路器或熔断器, 存在保护电器之间保护选择性的配合问题。由于双电源自动切换装置的服务对象是一级负荷、一级负荷中的重要负荷、二级负荷, 所以CB级双电源自动切换装置须认真对待保护选择性的配合问题。
CB级双电源自动切换装置的断路器需与上、下级保护电器具有保护选择性。当CB级双电源自动切换装置保护电器为熔断器, 若馈出线路的保护电器亦为熔断器, 并安装在同一箱体内, 为上下二级熔断器串联连接, 如果熔断器之间的额定电流相差1.6倍或1.6倍以上, 在达到额定通断能力为止的整个过电流范围内基本上能保护实现绝对选择性。双电源自动切换装置上、下级的保护电器的保护选择性应及时校验。
4 双电源自动切换装置主电路开关电器的极数选用策略
4.1 电源的接地型式均为TN-C系统
TN-C系统中, 中性导体的和保护的功能组合在一根导体中。国家标准GB50054-1995第2.2.12条规定:“在TN-C系统中, PEN线严禁接入开关设备。”;国家标准GB16895.3-2004 (idt IEC60634-5-54:2002) 《建筑物电气装置第5-54部分:电气设备的选择和安装接地配置、保护导体和保护联结导体》第543.3.3条规定:“在保护导体中, 不应串入开关器件。”;IEC标准IEC60634-4-46:1981《建筑物电气装置第4部分:安全防护第46章:隔离和开关》第461.2条规定:“在TN-C系统中, PEN线不得被隔离或开关。”, 所以双电源自动切换装置主电路开关电器的极数仅断电源线。即交流单相二线制采用单极;交流两相三线制采用两极;交流三相四线制采用三极;TN-C直流系统引出L+和PEN (d.c.) 时采用单极开关断L+;TN-C直流系统引出L+、L-和PEN (d.c.) 时采用两极开关L+、L-。
4.2 电源的接地型式均为TN-S系统
TN-S系统中, 使用一根独立的保护导体。若两个电源的中性线接地点是通过同一总接地母线接地, 按照IEC标准IEC60364-4-46:1981第461.2条规定:“在TN-S系统中, 中性线线不需要隔离或开关。”双电源自动切换装置主电路开关电器的极数同TN-C系统。TN-S系统中, 若两个电源的中性线接地点不是通过同一总接地母线接地, 即二个独立的接地装置接地, 在TN-S系统中, 中性线不设隔离或开关, 则中性线有两个入地点, 在装有剩余电流保护器的电路中, ATSE中性线需要隔离或开关。国家标准GB50054-1995第4.5.6条规定:“在TT或TN-S系统中, N线上不宜装设电器将N线断开, 当需要断开N线是, 应装设相线和N线一起切断的保护电器。当装设漏电电流动作的保护电器时, 应能将其所保护的回路所有带电导线断开。”
4.3 电源的接地型式分别为TN-S系统和TT系统
TT电源系统有一个直接接地, 装置的外露可导电部分通过接地极接地, 该接地极在电气上独立于电源系统的接地极。在TN-S系统和TT系统中N线是电源线, TN-S电源系统和TT电源系统的接地装置在电气上独立的, 所以所选用的双电源自动切换装置主电路开关电器的极数要切全部电源线。
4.4 电源的接地型式分别为TN-S系统和IT系统
IT电源系统中所有带电部分都与地隔离, 或有个点通过阻抗接地, 电气装置的外露可导电部分或独立接地或集中地与系统的接地点相连。在TN-S系统和引出N线的TT系统中N线是电源线, 所以所选用的双电源自动切换装置主电路开关电器的极数要切全部电源线。
总之, 经过大量用户的实践, 在供配电系统中, 特别在双电源用户中, 使用双电源自动切换装置, 是提高供电可靠性、确保系统安全的有效措施。
摘要：智能双电源装置就是这种在两路电源之间进行可靠切换、以保证供电的装置。当常用电源异常, 智能双电源装置能自动切换到备用电源, 智能双电源装置由开关本体和控制器两部分组成。开关本体由电机通过机械联锁机构控制常用电源的断路器和备用电源的断路器的分合, 进而控制电源的切换。控制器通过对电压的采样来判断电源是否异常, 如果出现异常应产生相应的切换。
关键词：双电源自动切换装置,控制方式,选用策略
参考文献
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[2]薛燕红.基于单片机的双电源切换装置的设计与实现[J].微型电脑应用.2007年09期.
[3]谭季秋, 易际明, 关耀奇.双电源自动切换器的设计与分析[J].机电产品开发与创新.2003年04期.18-19.
智能切换装置 篇6
长期以来, 为提高工业企业的供电连续性, 人们广泛采用备用电源自投装置。传统的备自投装置立足于三个启动条件:①工作回路“无流” (工作电源已断开) ;②负荷母线“无压” (负荷母线电压低于限制值或为零) ;③备用回路“有压” (备用电源电压正常) 。①、②两个启动条件决定了负荷母线的“失压”时间相对较长, 母线上的电动机已经停转或剩余转速已经很低。这对于连续运转要求不高的工艺设备是允许的, 特别是辅以电动机的成组自启动, 传统备自投装置能够缩短供电的恢复时间, 且能提高供电系统的自动化水平。但对于那些连续运转要求高的工艺设备, 中断供电可能导致大量产品报废或装置停运, 恢复开车过程又很长, 传统备自投显然不能适应。
随着科学技术的进步, 快速断路器 (分、合闸时间小于100 ms) 已广泛使用, 监视电源初相角的手段也日臻完善, 奠定了备用电源快速切换的物质基础。国内外生产厂家纷纷推出自己的产品, 众多的用户也越来越有兴趣使用这种装置。
2 备用电源快速切换装置工作原理
为了合理地使用备用电源快速切换装置, 不妨以单母线分段主接线为例 (见图1) , 对备用电源快速切换的原理进行简要的介绍。系统的初始工作状态为两回路电源同时供电, 两分段母线分列运行 (QF1、QF2为闭合状态, QF0为分闸状态) 。当电源1 (以后称工作电源) 因故失电, 或断路器QF1误跳闸, Ⅰ段母线 (以后称负荷母线) 失去电源, 负荷母线上的电动机群由于机械惯性的作用, 转速由额定值逐步下降, 转子电流磁场在定子绕组中反向感应电势, 形成反馈电压, 此电压称为母线残压undefinedd。随着时间的推移, 母线残压的幅值和相位随着电机转速的变化而变化。在此变化期间, 如果分段断路器 (QF0) 快速合闸, 电源2 (以后称备用电源) 向原负荷母线供电, 备用电源电压undefineds2与母线残压undefinedd相量叠加, 两者的相量差为Δundefined, 以失电前的工作电源电压undefineds1为参考相量 (相角为0°) , 则各电压相量的关系见极坐标图2。
为了便于分析, 先假设工作电源电压 (undefineds1) 与备用电源电压 (undefineds2) 同相位, 并将负荷母线上的电动机群等效为单台电动机, 同时忽略电动机的绕组电阻和励磁阻抗等, 以等值电势undefinedd和等值电抗Xm代表电动机, 以等值电势undefineds和等值电抗Xs代表电源, 则图3所示的等值电路可作为备用电源系统与负荷母线上电动机群的暂态分析模型。
QF0合闸后, 电动机绕组上承受的电压为:
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令:undefined则Um=K·ΔU
为电动机的安全起见, 电动机绕组上承受的电压应小于电动机起动时的允许电压, 其值为电机额定电压 (UDe) 的1.1倍。即:
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即ΔU/UDe<1.1/K (电机正常工作时UDe=Us)
假设Xs/Xm=1/2, 则K=0.67, 此时电压差幅值占电源电压幅值的比值Δu%<1.64。
在图2的极坐标上, 以A点为圆心, 以1.64为半径绘出弧线A'-A'', 弧线A'-A''右侧的区域为备用电源允许投入的安全区域, 左侧为不安全区域。理论上, K值在0～1之间变化, K值越大, 弧线越向右移, 安全区域越小。从图2看出, 负荷母线失压后, 残压母线由A点向B点方向移动, 如能在A-B弧段内投入备用电源, 则既能保证电动机不会出现过电压, 又不使电动机转速下降太多, 在此区域内的电源切换, 就是所谓的快速切换。
延时至C点以后的切换及第一次同相切换 (残压相量旋转360°) 和低电压检定切换 (残压下降到20%～40%额定电压) 都属于慢速切换。慢速切换时, 一般电动机已由于低电压保护动作而跳闸停机, 这种情况不在本文的讨论范畴。
3 备用电源快速切换的不确定因素
从备用电源快速切换装置的工作原理, 不难看出所谓的快速切换存在以下几个不确定因素。
(1) 快速切换的成功率存在不确定性。
在前面的原理分析过程中, 使用过两个假设条件, 一是备用电源电压与工作电源电压同相位, 二是电源等值电抗Xs与电动机等值电抗Xm之比为某一固定常数 (例如Xs/Xm=1/2) 。但实际工程中这两个条件都不一定成立。对于前者来说, 为了确保两路电源不会同时消失, 一般要求工作电源和备用电源是相互独立的, 既然它们相互独立, 就很难保证它们同相位, 如果备用电源电压相量与工作电源电压相量存在一个超前的初始的相位角 (θ0) 则快速切换的安全区域就要减小甚至会消失。对于后者来说, Xm值是随着负荷母线上运行电动机的数量增减而变化, 也即K值在0～1的范围内变化, 快速切换的安全区域也随之变化。除此之外, 电动机负载性质不同, 其转动惯量也不同, 母线上的残压的衰减规律也相应变化, 即极坐标中残压螺旋线也不是一成不变的。上述三者的不确定, 导致了快速切换的成功率存在着不确定性, 而这不管是基于捕捉同期点准则还是捕捉电动机耐受电压点准则, 都有这样的问题存在。
(2) 快速切换时备用电源的稳定与安全存在不确定性。
此问题包含两个方面, 一方面是备用电源侧变压器富余容量是否足够, 如果变压器容量不够大, 一旦备用电源投入成功, 负荷母线与备用母线上的负荷之和超出变压器的负荷能力, 则会影响备用变压器的正常工作。另一方面, 备用电源投入时, 负荷母线上的电动机群同时再加速, 再加速冲击电流对备用电源的保护电器会产生较大的影响。如果继电保护整定值没有考虑躲过这一冲击电流, 则可能导致保护动作, 备用电源跳闸, 反而扩大了停电范围。
(3) 快速切换时电动机的安全存在不确定性。
尽管快速切换的重要判据之一是捕捉电动机耐受电压点准则, 但在负荷母线上电动机数量较多的场所, 各类电动机的参数和驱动机械的惯量特性存在着差异, 因而合成母线残压特性曲线与分类的电动机的残压特性曲线差异较大, 按母线残压曲线为基准确定的快切投入点, 并不能确保每类电动机都是安全的, 仍然存在某台或某几台电动机因过压而损坏的风险。
(4) 快速切换时两回电源间是否出现环流存在不确定性。
为了能在极窄的安全区域内完成切换, 快切装置一般采用同时切换 (另两种切换方式为相继切换-串联切换和搭接切换-并联切换) , 所谓同时切换, 就是切换命令同时发给负荷母线进线断路器 (QF1) 和接入备用电源的母联断路器 (QF0) , 正常情况下, 断路器的分闸快于断路器的合闸, 即QF1先分闸, QF0后合闸, 不会有两回电源并联并出现环流的情况, 但断路器分、合闸时间差距不大, 如真空断路器分合闸时间差只有10～30 ms。在工程实际中考虑到断路器分、合闸机构机械特性的分散性, 同时, 断路器多次分、合动作机械变形等因素的影响, 并不能保证同时接到命令的两个断路器一定是先分后合, 特别是当进线断路器万一出现分闸拒动, 则两路电源有可能并联, 并出现环流。环流的大小取决于两个电源的相量差和环路内的阻抗, 如果环流过大, 会使备用电源的过流保护动作, 同样会扩大停电范围, 严重时环流甚至可能会超出断路器的遮断容量而损坏断路器。
4 结 语
由于有上述几种不确定因素的存在, 备用电源快速切换装置的使用也是有利有弊的。笔者认为:除非用电负荷对短时中断供电特别敏感, 短时停电也会使工艺生产停顿且造成不可避免的重大损失, 才有必要采用备用电源快速切换装置, 否则应采取慎重的态度。在使用该装置时, 还要注重对电源条件的调查, 加强对用电负荷特性、电力系统继电保护整定的研究, 尽量提高快速切换投入的成功率并降低停电范围扩大或电机损坏的风险。
参考文献
视音频智能切换开关 篇7
山西广播电视无线管理中心1125台主要担负着山西卫视和山西人民广播电台节目在晋北地区覆盖的任务, 为保证信号源的安全可靠, 每一套节目都有三路信号源互为备份。我台采用了不同的路径和方法来获得信号, 它们分别是一路数字微波信号和两路不同卫星的卫星信号。并从中选择出一路可靠、稳定、质量好的信号, 平常把数字微波信号作为主用信号, 送到发射机发射出去。三路信号的选择原来是用一台四路选一切换器进行人工手动切换。如果正在使用的主路信号源因故障中断, 就要求值班人员及时发现, 并分析判断出节目信号源中断原因, 然后再手动切换到备用的其他正常的信号源上。这样, 值班人员的注意力要求非常集中, 以免造成停传, 在重要播出保证期间还要求做到“眼不离屏, 手不离健”。为此, 改手动切换为自动切换就非常有必要了。
1 视音频信号切换器的改进
我台采用了不改动原电路, 在四选一切换器上增加一个具有相应功能的电路, 代替人工操作, 使其按要求自动切换。它具有视频信号自动检测功能, 逻辑判断功能, 自动控制功能。下面介绍其具体电路:
1.1 视频信号检测
检测视频信号有无很关键, 我们选用了一款视频检测专用芯片TS1821。它是一片自动检测有无视频信号的芯片, 通过内置的同步分离电路, 先将输入端的视频信号分离出同步信号, 再对同步信号进行检测。当检测到同步信号时, 则视为有视频信号, 输出高电平。当检测不到同步信号时, 则视为无视频信号, 输出低电平。检测结果不受视频信号输入幅度的影响。
TS1821的基本电路结构如图1所示。1脚为电源输入端;2脚为视频信号输入端;3脚为视频放大输出端;由2脚输入的视频信号经芯片内的放大电路放大后从3脚输出;4脚为同步分离检测输入端, 它通过耦合电容与3脚相连;5脚为电源接地端;6脚为视频检测输出端, 检测到视频信号时, 输出状态为高电平 (约等于Vcc) ;检测不到视频信号时, 输出状态为低电平 (约等于OV) 。
1.2 逻辑控制电路
视音频智能切换开关的逻辑控制电路如图2所示。
本电路采用一块2输入4与非门CD4011和一块4输入双与门CD4082组成。电路中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ是由CD4011组成的4个与非门, 由其真值表可知, 只有当2个输入端均为高电平时才输出低电平, 其它状态时均输出为高电平。Ⅴ和Ⅵ是由CD4082组成的2个4与门, 由其真值表可知, 只有当4个输入端均为高电平时, 输出端才为高电平, 其它状态时均输出为低电平。也即只要有1个输入端为低电平, 就输出低电平。G1、G2、W1和W2分别对应的是4路输入视频信号分别在TS1821的6脚输出的视频检测控制信号。当4路视频信号均正常时, 对应的G1、G2、W1、W2也分别为高电平。同理, 当有一路或多路没信号时其对应的输出也为低电平。由图2可知, 信号源的优先控制权依次为G1、G2、W1和W2。只要4路信号源有一路, 就能可靠输出, 且响应快 (在ms级) 。当G1有信号时, 它会自动选择G1信号源, 当G1无信号时, 就会从G2、W1、W2中依次自动快速地选出有信号的那一路。其具体工作原理为:G1作为主路信号, 当G1有信号时, 视频检测芯片TS1821将输出一个高电平信号G1, 通过电阻R1使BG1导通, J1工作, 控制切换开关, 使G1的音视频信号自动输出送到发射链路;同时, 通过与非门Ⅰ, 送一个低电平信号到与非门Ⅱ再到Ⅲ和与门Ⅴ、Ⅵ。使它们都输出低电平, 对应的BG2、BG3、BG4不导通, J2、J3、J4不工作, 得到只有一个信号输出的目的。当G1因故无信号时, 若此时G2信号正常, 则与非门I送出高电平, G2为高电平, 与非门Ⅱ输出低电平, Ⅲ输出高电平, BG2导通, J2工作, 使对应的切换开关自动切换到G2信号源上, G2的音视频信号自动输出送到发射链路;同时使Ⅴ和Ⅵ输出低电平 (这时不管Ⅴ和Ⅵ其他输入为何电平, 只要有一个输入低电平, 它们就输出低电平) 。使得J1、J3、J4不工作, 只有G2导通。当G1信号恢复到正常时, 再自动切换到G1。当G1和G2都没有, W1有信号时, G1、G2为低电平, Ⅰ和Ⅱ输出高电平, W1为高电平, 故Ⅴ输出为高电平, BG3导通 (此时只有BG3导通) J3工作, 对应的切换开关自动切换到W1信号源上, W1的音视频信号自动输出送到发射链上;同理, 当G1、G2和W1都没有, W2有时, 这时, Ⅵ输入全为高电平, 输出高电平, BG4导通 (只有BG4导通) , J4工作, 对应的切换开关自动切换到W2信号源上, W2的音视频信号自动输出送到发射链路。总之, 可以发现只要有1路信号正常, 就会自动选择该路信号源播出, 当4路信号都有时, G1将被优先选中。
1.3 音视频信号切换开关
逻辑电路是从多路信号中选择出一个信号来, 使之只有一个输出去控制该对应的音视频信号切换开关。选择的优先控制权依次为G1、G2、W1、W2, 继电器的作用就是一个通断的功能, 把继电器控制的两个接点接到四选一切换器的按键开关的两端, 即可进行控制, 继电器工作, 短路按键开关, 相当于按下按键开关。如:当G1有信号时, J1工作, 对应G1信号按键开关被短路, 锁定G1信号选出。G1无信号时, J1释放, 对应G1选择键放开。此时, 将从其他信号源中自动选择出一路信号来。这样改动最少, 不影响原有功能。为防止这部分电路出现故障, 使切换器锁死, 特为这部分电路的电源加装一开关。开关接通, 进入自动切换状态, 反之, 为手动状态。
本电路只要安装无误, 无须调试即可正常使用。晶体管选常用的9013, β≥100。继电器选用小型的DC-12 V。电阻选用1/4 W的金属膜即可。
2 结论
改进后的视音频信号智能切换开关在我台工作近两年来, 工作稳定可靠, 实现了信号的自动检测和切换, 大大减轻了值班人员的工作强度, 确保了发射台的安全播出。
摘要：针对我台需对多路视音频信号进行检测、倒换的要求, 介绍了对一种四选一信号手动切换器进行改进, 使其具有视频信号检测功能和自动切换功能。
关键词：视音频信号,检测,切换
参考文献
[1]张学田.广播电视技术手册[M].北京:国防工业出版社, 2000.
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